Номер 619, страница 114 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

619. Массовая доля примесей в составе технического образца хлората калия $KClO_3$ равна 3,50 %. Образец массой 2,30 г нагрели в присутствии катализатора ($MnO_2$). Рассчитайте массу выделившегося кислорода, если его выход равен 95,0 %.

Дано:

Масса технического образца хлората калия $m_{обр.} = 2,30 \text{ г}$

Массовая доля примесей $\omega(\text{примесей}) = 3,50 \% = 0,0350$

Практический выход кислорода $\eta(O_2) = 95,0 \% = 0,950$

Перевод в СИ для масс не требуется, так как расчеты ведутся в граммах и граммах на моль, а ответ требуется в граммах.

Найти:

Массу выделившегося кислорода $m_{практ.}(O_2)$ — ?

Решение:

1. Составим уравнение реакции термического разложения хлората калия. Реакция протекает при нагревании в присутствии катализатора — оксида марганца(IV) $MnO_2$:

$2KClO_3 \xrightarrow{t, MnO_2} 2KCl + 3O_2 \uparrow$

2. Определим массовую долю чистого хлората калия $KClO_3$ в техническом образце:

$\omega(KClO_3) = 100\% - \omega(\text{примесей}) = 100\% - 3,50\% = 96,50\%$ или в долях единицы $0,9650$.

3. Найдем массу чистого $KClO_3$ в образце:

$m(KClO_3) = m_{обр.} \cdot \omega(KClO_3) = 2,30 \text{ г} \cdot 0,9650 = 2,2195 \text{ г}$.

4. Рассчитаем молярные массы хлората калия и кислорода, используя относительные атомные массы из Периодической системы химических элементов: $Ar(K) \approx 39$, $Ar(Cl) \approx 35,5$, $Ar(O) \approx 16$.

$M(KClO_3) = 39 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 122,5 \text{ г/моль}$.

$M(O_2) = 2 \cdot 16 = 32 \text{ г/моль}$.

5. Вычислим количество вещества (число моль) хлората калия, содержащегося в образце:

$n(KClO_3) = \frac{m(KClO_3)}{M(KClO_3)} = \frac{2,2195 \text{ г}}{122,5 \text{ г/моль}} \approx 0,01812 \text{ моль}$.

6. По уравнению реакции определим теоретическое количество вещества кислорода. Из уравнения следует, что из 2 моль $KClO_3$ образуется 3 моль $O_2$.

$n_{теор.}(O_2) = \frac{3}{2} \cdot n(KClO_3) = 1,5 \cdot 0,01812 \text{ моль} \approx 0,02718 \text{ моль}$.

7. Рассчитаем теоретическую массу кислорода, которая могла бы выделиться при 100%-ном выходе:

$m_{теор.}(O_2) = n_{теор.}(O_2) \cdot M(O_2) = 0,02718 \text{ моль} \cdot 32 \text{ г/моль} \approx 0,8698 \text{ г}$.

8. Найдем практическую массу выделившегося кислорода, учитывая, что выход реакции составляет 95,0%:

$m_{практ.}(O_2) = m_{теор.}(O_2) \cdot \eta(O_2) = 0,8698 \text{ г} \cdot 0,950 \approx 0,8263 \text{ г}$.

Округлим результат до трех значащих цифр, так как исходные данные (2,30 г, 3,50%, 95,0%) даны с точностью до трех значащих цифр.

Ответ: масса выделившегося кислорода составляет $0,826 \text{ г}$.